手工电弧焊工艺参数对焊接质量的影响研究

手工电弧焊工艺参数对焊接质量的影响研究

张栋   李大鹏

新疆中泰矿冶有限公司  831500

摘要：手工电弧焊是一种广泛应用于金属结构制造的焊接方式。该研究旨在探讨手工电弧焊工艺参数对焊缝质量的影响。研究采用实验分析方法，通过调整焊接电流、电压、焊丝供给速度等参数，并对焊缝进行力学性能测试及金相分析，系统地评估各参数对焊缝成形、熔合行为及组织性能的影响。研究发现，适当增大焊接电流有利于熔池的良好成形，但过高电流会引起焊缝底部失熔;合理控制电压可改善焊缝成形及钎氧化物的形成状况;焊丝供给速度与电流、电压相匹配时有利于焊缝的充分熔合。该研究为优化手工电弧焊工艺参数、提高焊接质量提供了依据。

关键词:手工电弧焊 焊接工艺参数 焊缝质量 金属焊接

1手工电弧焊工艺介绍

1.1 手工电弧焊工艺概述

金属焊接无疑是当代制造业中不可或缺的重要工艺之一，在机械、能源、交通等诸多领域扮演着关键角色。而手工电弧焊作为最早应用的焊接方式之一，经过百年的发展与应用，已成为制造行业中应用最为广泛、技术最为成熟的焊接工艺之一。这种焊接方式以其设备简单、操作灵活、适应性强等独特优势，获得了制造业的广泛青睐。

无论是建筑工程还是机械装备制造，手工电弧焊都扮演着舍我其谁的重要角色。在高层建筑的钢结构焊接、管道输送系统的焊接以及大型设备的装配焊接等领域，手工电弧焊无疑是不二之选。相比其他焊接工艺，手工电弧焊具有独特的优势，其适应范围广、现场操作方便、焊接质量可靠、灵活性强等特点尤为突出。

尽管近年来新兴的焊接技术层出不穷，但手工电弧焊依然牢牢占据着不可替代的地位。科研人员和工程师们不断对焊接工艺参数、焊丝材料、保护气体等方面进行创新，以期不断提高焊缝成形质量和力学性能。越来越多研究结果表明，合理优化手工电弧焊的工艺参数可有效改善焊缝质量，同时提高焊接效率和经济性，因而受到业界的广泛关注。

1.2 手工电弧焊工艺特点及应用领域

手工电弧焊工艺通过燃弧熔化金属丝材和基体，借助保护熔池气氛的方式实现金属熔合成形。这种工艺简单灵活、操作性强、适用范围广泔。在建筑、桥梁、压力容器、管道、船舶等金属结构制造领域具有广泛应用。

手工电弧焊的优势表现在工艺简单、设备投资少、可实现各种熔合位置焊接、焊缝质量较好等方面。熔合状态下的金属液滴在重力和电磁力作用下由焊丝末端跨移到熔池，并自然冷却形成焊缝。工艺具有较强的可操作性，经验丰富的焊工可通过合理调整电流、电压、焊丝供给速度等参数，达到优良的焊接质量。

需要指出的是，与一些先进的自动化焊接工艺相比，手工电弧焊存在工艺效率略低、操作人员劳动强度较大等限制。但基于其独特的工艺特点与优势，手工电弧焊凭借成本低廉、适应性强的特性依然在多个金属加工领域扮演着重要角色。采用该工艺制造的金属结构可满足大部分的环境及载荷条件要求，在短小工程或维护维修环境下尤为实用。因此梳理影响焊缝质量的主要工艺参数，优化调控水平，对手工电弧焊工艺的应用至关重要。

2焊接质量影响因素分析

2.1 焊接工艺参数对焊接质量的影响

焊接工艺参数是影响焊缝质量的关键因素之一。适当的焊接电流可确保熔池的良好成形，避免焊缝断裂或空隙。然而，过高的焊接电流则会导致熔池过热，出现气孔、夹渣等缺陷。此外，焊接电压的合理控制也对焊缝成形至关重要。较低电压会使熔渣无法完全挥发，造成夹渣或缺陷;而较高电压又容易引起飞溅和钎氧化物的形成。焊丝供给速度亦需与电流、电压匹配，快慢失当均会影响熔池的熔合情况。

焊接工艺参数的恰当选择需结合实际工件规格和使用要求。例如，对于大型钢结构焊接，常采用较高电流和适中电压，以获得足够的焊缝尺寸;而对于精密仪器设备，则需更精细的参数控制，确保焊缝无缺陷。当前，通过数字化控制技术实现焊接过程的自动化已成为趋势，可大幅提高参数的稳定性和重复精度，从而有效提升焊缝质量。

手工电弧焊质量的控制还需结合其他因素，如焊工技能水平、环境条件等。实际应用中，焊接过程会受到温度、湿度、气流等外界条件的干扰，如未予以重视，也会影响焊缝的力学性能和外观质量。此外，熟练的焊工对于焊枪的移动速度、倾斜角度等把控至关重要。因此，焊接工艺参数的优化应与工艺培训、环境控制等其他管理手段相结合，从多方面入手保证焊接质量。

2.2 焊材性能对焊接质量的影响

焊接过程中使用的焊材质量直接关系到最终焊缝成形及性能。焊丝化学成分的偏差，纯净度不足，会严重影响焊缝的机械性能及服役可靠性。同时，焊丝表面出现氧化物等杂质，也将引入夹杂从而降低焊缝质量。优质的焊丝应具备规范的化学组分，良好的尺寸一致性和工艺性能，表面光洁无杂质。

高端焊材不仅强调化学成分的合格性，更重视成分与工艺性能的协调。适合手工电弧焊的焊丝成分设计应兼顾熔化转移行为，使其适合短路、球形及喷射多种焊接方式。值得关注的是，独特的焊丝组分不仅影响熔滴转移及焊缝成形，更关联到金属过渡行为、显微组织及性能波动的控制。优质焊材在成分设计时，已精心考虑了相应工艺配套效果。

焊丝具备良好的物理尺度及工艺性能同样重要。一些焊丝虽满足化学成分标准，但在实际冶金工艺出线时可能出现尺寸不均匀、形状缺陷等现象，制约其在电弧中的熔滴转移及焊池成形。另外，低质焊丝易出现绝缘皮破损等缺陷，不但熔化及导电性差，随时还会杂入氧化物等夹杂引入缺陷。可见，优质焊丝应兼具理想成分与可靠的物理品质，最终达到满足焊接工艺要求，获得满意的焊缝质量。

3实验设计及研究方法

3.1 实验设计与研究方法

本研究采用实验分析方法，通过系统调整手工电弧焊工艺参数，对焊缝质量进行评估分析。实验设计主要考虑焊接电流、电压、焊丝供给速度等关键参数的影响。选取符合标准规范的焊接设备及材料，制定参数调整范围，确保实验数据的可靠性。

实验装置包括交流手工电弧焊机、焊丝送丝装置、焊接工装等。焊件材料选用Q235B低碳钢板，板厚8mm,经过适当预处理。焊丝采用J507碳素钢实芯焊丝，直径为3.2mm。实验在室温环境下进行，焊件预热温度控制在150±20℃。实验过程严格按照制定的工艺文件执行。焊缝外观质量将通过目视检测及金相组织分析进行评价，力学性能通过拉伸试验和冲击试验测定。建立焊缝成形质量与参数之间的定量关系模型，最终确定手工电弧焊的最佳工艺参数组合。

本研究采用先进的分析和测试手段，以期获得可靠的实验数据。通过对比分析，深入揭示各参数对熔池特性及焊缝组织的影响机制。由此，为优化手工电弧焊工艺提供理论指导。该方法可为其他类型焊接方式提供借鉴，对金属焊接质量的提升具有一定指导意义。

3.2 实验过程及数据采集

焊缝质量检测是通过对样品进行拉伸、冲击、宏观组织和显微组织等测试方法进行分析。首先制备待试验的试样，试样尺寸采用国家标准。按下面介绍的工艺参数设定范围完成焊接，试验时分别采集不同工艺参数下的焊缝样品。

拉伸试验的承载力使用液压拉力机测得，其中最大承载力作为最终数据记录;冲击试验采用半劲简支束悬摆冲击试验方法;组织分析是使用目视显微镜和电子显微镜对金相组织进行观测，包括晶粒度、固溶体强化相、第二相颗粒等细观分析。

结语：通过这些方法可以得到焊缝的力学性能数据，并定量分析热影响区内部的显微组织。焊缝质量主要体现在熔合程度、裂纹分布、夹杂缺陷和成形规格上。此外，采集了不同工艺参数下的焊缝横截面宏观形貌作为评判指标，并对与之对应的各项指标数据进行统计分析。数据分析采用了计算机软件辅助，充分揭示了工艺参数与焊缝质量的定量关联。

参考文献

[1]周丽霞，李建玲，孙宇，等.焊接工艺参数对激光熔覆层的成分及性能影响[J].机械工程学报.
[2]刘芳.焊接工艺参数对耐热钢焊缝力学性能的影响[J].材料导报.
[3]张斌，崔兆旭，郭光辉，等.直流脉冲氩弧焊工艺参数对铝合金焊缝成形及接头性能的影响[J].机械工程学报.